

地球的大气层对我们蓝色弹珠上的生命至关重要,因此天文学家渴望窥探其他恒星周围系外行星的云层也就不足为奇了。一个广受欢迎的遥远世界——TRAPPIST-1c——对研究人员非常有吸引力,因为它以前被认为笼罩着厚厚的二氧化碳层。然而,詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的新观测表明,它更可能是一颗贫瘠的岩石,没有大气层可见。
当天文学家试图了解太空中可能支持生命的行星数量时,首先要看的是像地球这样的岩石世界,它拥有坚固的地表,生物可以扎根。“银河系中有很多小型行星,” 马克斯·普朗克天文学研究所和莱顿天文台的系外行星研究员、发表在《自然》杂志上的关于 TRAPPIST-1c 新观测研究的首席作者塞巴斯蒂安·齐巴 (Sebastian Zieba) 说。“至少有 20% 到 50% 的恒星拥有与地球大小相似的行星。” 天文学家仍然不了解这些岩石行星的大气层,或者它们是否有大气层。M型矮星(TRAPPIST-1c 围绕其运行的一种普遍存在的恒星类型)是否会破坏这些行星的大气层,从而使它们无法居住,这仍然是一个悬而未决的问题。
JWST 正在迅速改变这一现实。齐巴补充道:“目前没有其他天文台能够提供如此精确的测量数据,”——研究红外光是该望远镜的强项。许多对生命重要的分子的指纹出现在红外波长上,但这些很难探测到。为了进行这些测量,JWST 的温度必须远低于冰点,仅为 7 开尔文(相当于 -500°F)。
“多年来,科学家们一直在模拟这些世界的大气层,” 加州大学河滨分校的天文学家达莉亚·皮多罗德茨卡 (Daria Pidhorodetska) 说,她没有参与这项新研究。“终于能看到 JWST 传来的真实数据,感觉就像梦想成真一样。”
观察者们之所以如此关注 TRAPPIST-1c,是有充分理由的:它是研究类地、地球大小行星的迄今为止最好的目标,因为它距离近(约 40 光年),并且易于用现有技术观测。齐巴说:“你显然会从最容易得到的东西开始。” TRAPPIST-1c 围绕TRAPPIST-1 恒星运行,该恒星拥有七颗地球大小的行星家族。其中三颗可能位于恒星的宜居带。
该太阳系为天文学家提供了一个独特的机会,让他们能够观察不同温度的类地行星,从而一窥类地世界的各种可能性。加州大学洛杉矶分校的天文学家犹大·范·赞特 (Judah Van Zandt) 没有参与该论文,他说,通过确定这些世界周围存在哪些分子,“我们或许能够推断出它们是否确实能够支持生命。”
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然而,TRAPPIST-1 与我们的太阳不同。它是一颗小红矮星,碰巧是银河系中最常见的恒星类型。天文学界目前面临的一个重大问题是:M型矮星周围的行星能否保留它们的大气层,还是这些强大小恒星的剧烈耀斑会烧毁它们的天空?如果天文学家发现大多数 M 型矮星周围的行星都是贫瘠的岩石,那么或许只有类日恒星才能支持生命。到目前为止,M 型矮星面临着两项不利因素——不仅 TRAPPIST-1c 缺乏大气层,而且今年早些时候发表的一篇论文显示,TRAPPIST-1b 也同样贫瘠。
我们很快就会知道 TRAPPIST-1c 的邻居们是否遵循这一模式——或者打破它。所有七颗 TRAPPIST-1 行星都将在一年内接受 JWST 的观测,而其他行星是否保留了它们的大气层仍有待观察。而且,即使它们没有,正如齐巴所说:“这显然只是一颗 M 型恒星。” 天文学家必须观测更多的行星,才能真正判断 M 型矮星是否适合支持生命。